МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Тверской государственный университет»

Физико-технический факультет

Кафедра прикладной физики

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета _ «»2012 г.

Рабочая программа дисциплины Кристаллофизика Для студентов 4 курса Направление подготовки 011800 РАДИОФИЗИКА Профиль подготовки – Материалы для радиофизики и радиоэлектроники, Физика и технология радиоэлектронных приборов Квалификация (степень) Бакалавр Форма обучения Очная Обсуждено на заседании кафедры Составители:

« 25 » января 2012 г. Д.т.н., профессор Смирнов Ю.М.

Протокол № Зав. кафедрой_Смирнов Ю.М.

Тверь II. Пояснительная записка 1. Цели и задачи дисциплины Целями освоения дисциплины (модуля) являются обучение теории и практики симметрийного подхода к анализу физических свойств кристаллических и аморфных веществ, теоретическому определению возможностей обнаружения определенных физических свойств в новых твердокристаллических материалах (направленный поиск ферроиков-ферромагнетиков, ферроэлектриков, ферроэластиков). Задача курса – привить умение тензорного описания свойств, правильного понимания тензорных систем, определение различий между полевыми и материальными тензорами. Применение этих знаний в практике.

2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина относится к циклу Б3.В.ДВ._ обучающегося для успешного освоения дисциплины «Кристаллофизика»: необходимо знать основы физики твердого тела и молекулярной физики, системы кодификации кристаллов, понятия об обратной решетке, зонах Бриллюэна, ячейках Вагнера-Зейтца 3.Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.

4. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля) Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):

научно-исследовательская деятельность:

способностью использовать базовые теоретические знания (в том числе по дисциплинам профилизации) для решения профессиональных задач (ПК-1);

способностью применять на практике базовые профессиональные навыки (ПК-2);

способностью понимать принципы работы и методы эксплуатации современной радиоэлектронной и оптической аппаратуры и оборудования (ПК-3);

способностью использовать основные методы радиофизических измерений (ПК-4);

способностью к владению компьютером на уровне опытного пользователя, применению информационных технологий для решения задач в области радиотехники, радиоэлектроники и радиофизики (в соответствии с профилизацией) (ПК-5);

способностью к профессиональному развитию и саморазвитию в области радиофизики и электроники (ПК-6);

научно-инновационная деятельность:

способностью к овладению методами защиты интеллектуальной собственности (ПК-7);

способностью внедрять готовые научные разработки (ПК-8);

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

•Знать: закономерности симметрии твердокристаллических объектов, в том числе структур •Уметь: определять соответствующие по свойствам кристаллы и структуры для новых применений в функциональной микроэлектронике • Владеть: основами научной работы и приобрести умения подготавливать научные публикации.

5. Образовательные технологии проблемные лекции, семинары, практические и лабораторные занятия, а также научные курсовые и бакалаврские работы, способы планирования и подготовки научных публикаций.

Занятия лекционного типа для соответствующих групп студентов не могут составлять более 50% аудиторных занятий.

6. Формы контроля – экзамен III. Учебная программа 1. Кристаллическое состояние вещества.

1.1. Макроскопическое строение кристаллов. Кристаллофизические характеристики монокристалла и поликристалла. Монокристаллы, поликристаллы, двойники, текстуры.

1.2. Микроструктура кристаллов. Кристал-лическая решетка и кристаллическая структура.

Примеры решеток. Принципиальные отличия структуры и решетки.

1.3. Основные свойства кристаллов - однородность, анизотропия, симметрия. Огранение.

Методы описания на примере эллипсоида Френеля. Методы описания свойств кристаллов.

2. Теория симметрических преобразований.

2.1. Симметрия. Основные понятия. Сим-метрические преобразования. Различия между элементами симметрии и операциями 1 и 2-го рода.

2.2. Основные понятия теории групп. Ос-новные аксиомы. Пересечения групп на примере операции скользящего отражения.

2.3. Свойства групп. Произведения групп. Внутренние и внешние прозведения.

2.4. Кристаллографические группы. Типы групп симметрии. Периодичность в группах симметрии. Федоровские группы. Расширение понятия симметрии. Симметрия живого и неживого.

3.Кристаллографическая символика.

3.1. Символы групп симметрии по Герману-Могену, Флинту, Шенфлису. Некристаллографические группы симметрии в теоретической физике.

3.2. Классы кристаллов. Точечные и пространственные группы. Плоскостные группы.

3.3. Симморфные, гемисимморфные, асимморфные группы. Распределение веществ по Федоровским группам.

4. Симметрия физических свойств кристаллов.

4.1. Предельные группы.Соподчиненность групп симметрии.

4.2. Влияние симметрии на свойства кри-сталлов. Принцмпы Неймана и Кюри.

4.3. Матричные представления в теории симметрии. Характеры. Сокращенные формы записи.

4.4. Скалярные свойства кристаллов. Тензорные свойства. Группы симметрии физических свойств.

5. Оптические свойства кристаллов.

5.1. Оптические характеристики кристаллов.Пропускание кристаллических сред в различных областях спектра.

5.2. Виды оптических поверхностей. Мате-матические формы описания оптических поверхностей.

5.3. Гиротропия. Двойное лучепреломление. Определение угла поворота плоскости поляризации.

6. Магнитная симметрия кристаллов.

6.1. Операция обращения времен. Таблица Кэме. Точечные группы антисимметрии.

6.2. Предельные группы антисимметрии. Прример – группа антисимметрии ферромагнитного железа.

Лабораторные работы 1. Выращивание монокристаллов методом монок-ристальной зонной плавки. Изучение кристаллографии монокристаллов.

2. Выращивание монокристаллов методом Чохральского. Морфология кристаллов.

3. Изучение методики зонной очистки и вы-ращивания монокристаллов на установке бестигельной зонной плавки. Изучение кристаллографии монокристаллов.

4. Выращивание кристаллов из растворов и гелей.

5. Выращивание сложных форм кристаллов под микроскопом. Морфологические исследования кристаллов.

IV. Рабочая учебная программа Наименование разделов и тем Всего Аудиторные занятия Самостоя преобразований.

кристаллов.

Лабораторные работы монок-ристальной зонной плавки.

Изучение кристаллографии монокристаллов.

Чохральского. Морфология кристаллов.

вы-ращивания монокристаллов на установке бестигельной зонной плавки.

Изучение кристаллографии монокристаллов.

гелей.

кристаллов под микроскопом.

Морфологические исследования кристаллов.

V. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации но итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентовТиповые тесты 1. Решение задачи о взаимодействии двух групп симметрии, описывающих физические свойства и взаимодействия.

1. Решение должно исключить несовпадающие операции симметрии 2. Итоговая группа составляется из тождественных операций симметрии.

3. Решение задачи основывается только на экспериментальных данных.

4. Итоговая группа симметрии является надгруппой итога умножения группсомножителей.

2. Что собой представляют чёрнобелые группы симметрии.

1. Произвольное сочетание серых и белых операций симметрии.

2. Сочетание, основанное на операциях перемножения элементов различных цветов.

3. Чёрнобелая группа выводится с помощью классических теорем о взаимодействии операций симметрии с учетом характеристик этих операций.

4. Чёрнобелые операции симметрии и основанные на них группы выведены в результате математических кристаллографических операций, а принадлежность кристалла к группе определяется его физическими свойствами.

3. Как определить наличие полярных свойств кристалла с помощью таблицы классов кристаллов?

1. Все кристаллы, не имеющие центра симметрии.

2. Кристаллы аксиальных и инверсионно-примитивных групп.

3. Кристаллы, подчиняющиеся предельной группе симметрии m.

4. Кристаллы, подчиняющиеся предельной группе симметрии полярные свойства, но могут и не иметь их.

4. Как определить наличие аксиальных свойств кристалла с помощью таблицы классов кристаллов 1. Все аксиальные группы кристаллов.

2. Все полярные группы кристаллов.

3. Аксиальные и центральные группы кристаллов.

4. Группы кристаллов, подчинённые предельной группе m (но они могут и не иметь аксиальных свойств).

VI. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля) а) основная литература:

а) основная литература:

1. Акивис, М. А. Тензорное исчисление [Электронный ресурс] : учебное пособие / М. А. Акивис, В. В. Гольдберг. - М.: Физматлит, 2005. - 305 с. - 5-9221-0424-1. Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id= Ч., Оуенс Ф. Нанотехнологии.-М.: Техносфера, 2004.-328 с.

2. Багдасаров Х.С. Высокотемпературная кристаллизация из расплава. М., Наука, 2005.

3. Шариков В.А. Основы физической химии. М.. Наука. 2005.

б) дополнительная литература 1. Н.Петров, Й. Бранков. Современнные проблемы термодинамики. М. 1986.

2. Р.Берд, В.Стьюарт, Е.Лайтфут. Явления переноса. М. 1974.

3. М.Л.Краснов, А.И.Кисеоев, Г.И.Макаренко. Векторный анализ. М. 1978.

4. Дж.Эллиот, П.Добер. Симметрия в физике. Т.1,2. М. 1983.

5. Ч.Киттель. Введение в физику твердого тела. М. 1978.

7.Валиев, Физика субмикронной литографии. М.: Наука, Главная редакция физикоматематической литературы, 1990.

8. Ю.М.Смирнов. Физика кристаллизации. Часть 1. Учебное пособие. Калинин. 1985.

9. Ю.М.Смирнов. Физика кристаллизации. Часть 2. Учебное пособие. Калинин. 1986.

10. Ю.М.Смирнов. Кристаллофизика. Учебное пособие. Калинин. 1980.

11. Ю.М.Смирнов. Физика кристаллизации. Учебное пособие. Тверь. 1998.

12.Ю.М.Смирнов. Актуальные проблемы кристаллофизики Шаскольская. Основы кристаллофизики. М. 1979.

13. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. Теория поля. М. 1973.. Учебное пособие. Тверь. 1998.

14. И.Ю. Дьярмати. Неравновесная термодинамика. Теория поля и вариационные принципы. М. 1975.

15. К.П.Гуров. Феноменологическая термодинамика необратимых процессов. М. 16. Ю.М.Смирнов. Выращивание монокристаллов методом монокристальной зонной плавки. Лабораторная работа. Тверь. 2001.

17. Ю.М.Смирнов. Выращивание монокристаллов методом Чохральского. Изучение кристаллографии монокристаллов. Лабораторная работа. Тверь.2001.

18. Ю.М.Смирнов. Изучение методики зонной очистки и выращивания монокристаллов на установке бестигельной зонной плавки. Изучение кристаллографии монокристаллов.

Лабораторная работа. Тверь. 2001.

19. Ю.М.Смирнов. Выращивание кристаллов в лаборатории. Учебно-методическое пособие. Тверь. 2002.

20. Ю.М.Смирнов. Выращивание сложных форм кристаллов под микроскопом.

Морфологические исследования кристаллов. Учебно-методическое пособие. Тверь. 2002.

парателлурита. Лабораторная работа. Тверь. 2001.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы – см.п.5 ООП.

VII. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) Модели кристаллической структуры веществ, модели плотных упаковок, модели простых форм и комбинаций; реальные моно- и поликристаллы.

Программа составлена в соответсвии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению 011800.62 – Радиофизика и профилю подготовки Материалы для радиофизики и радиоэлектроники, Физика и технология радиоэлектронных приборов и устройств